动态内存分配：malloc与mmap的区别与实现

本次作业围绕Linux进程的内存管理展开，主要关注malloc()和mmap()这两个核心函数。malloc()是Linux中用于动态内存分配的函数，它在内存池管理的基础上工作，通过隐式链表分配内存。当内存需求小于128k时，malloc()会调用brk()系统调用，将堆的边界（start_brk和brk域）向高地址扩展，以获取更多连续的虚拟空间。这种方式分配的内存虽无物理地址映射，但释放后可能会造成内存碎片，且释放过程复杂。 当内存需求大于128k时，malloc()倾向于使用mmap()系统调用，这是因为mmap()支持匿名映射，即无需关联具体的文件，可以在堆和栈之间共享存储器映射区域分配内存。这种方式能避免碎片问题，但由于涉及到更复杂的内存结构管理（如链表或树形结构），可能导致额外的性能开销。 值得注意的是，malloc()和mmap()分配的内存空间都属于进程的虚拟地址空间，它们并不会立即映射到物理内存，而是当进程试图访问这些未映射的区域时，系统会通过缺页中断处理机制来完成实际的物理内存映射。这种设计有助于优化内存管理效率，减少不必要的内存分配和释放操作。 理解malloc()和mmap()的工作原理及其在不同场景下的选择，对于深入掌握Linux内核和内存管理至关重要。通过本作业，学生可以实践如何在适当的时候运用这两种方法，同时也能意识到它们各自的优缺点，以及如何在实际编程中避免内存泄漏和碎片问题。